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Aufbau von Wasserstrukturen in metall-organischen Gerüstverbindungen / Evolution of water structures in metal-organic frameworks

We deciphered the water-filling mechanism for the state-of-the-art water-harvesting metal-organic framework (MOF) 303 by performing an extensive series of single-crystal X-ray diffraction measurements (Yaghi group, UC Berkeley) and density functional theory calculations (Sauer group, HU, in cooperation with the group of the Humboldt awardee Laura Gagliardi, U Chicago). This insight provides guidance for the design of new MOF structures with improved water harvesting performance.

The first adsorbed water molecules strongly bind to the polar organic linkers; they are followed by additional water molecules forming isolated clusters, then chains of clusters, and finally a water network – see the video below.

 

 

Original publication: https://www.science.org/doi/10.1126/science.abj0890

Perspective: https://www.science.org/doi/10.1126/science.abm1854

Water harvesting from air: https://doi.org/10.1038/s41586-021-03900-w

 

Wir haben eine Sequenz von Strukturen bestimmt, die bei der Aufnahme von Wasser in die Poren der metall-organischen Gerüstverbindung MOF-303 gebildet werden. MOF-303 wird in Geräten zur Gewinnung von Wasser aus der Luft eingesetzt. Dazu wurde eine Vielzahl von Einkristall-Röntgenbeugungsexperimenten (Yaghi-Gruppe, UC Berkeley) und von Computersimulationen mittels Dichtefunktionaltheorie durchgeführt (Sauer-Gruppe, HU, in Zusammenarbeit mit der Gruppe der Humboldt-Forschungspreisträgerin Laura Gagliardi, U Chicago). Die gewonnenen Einsichten sind Ausgangspunkt für das Design von MOF-Strukturen mit verbesserten Eigenschaften zur Gewinnung von Trinkwasser.

Die zuerst adsorbierten Wassermoleküle binden stark an die polaren organischen Linkermoleküle, während die nachfolgend aufgenommenen Wassermoleküle zunächst isolierte Wassercluster, dann Ketten von Clustern und schließlich Netzwerke bilden – siehe Video.

Pressemitteilung: https://www.hu-berlin.de/de/pr/nachrichten/november-2021/nr-211122